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論文

Influence of microstructure on IASCC growth behavior of neutron irradiated type 304 austenitic stainless steels in simulated BWR condition

加治 芳行; 三輪 幸夫*; 柴田 晃; 中野 純一; 塚田 隆; 高倉 賢一*; 仲田 清智*

International Journal of Nuclear Energy Science and Engineering, 2(3), p.65 - 71, 2012/09

JMTRにおいて288$$^{circ}$$C、BWR模擬水質で照射したコンパクトテンション(CT)試験片を用いてき裂進展試験を実施した。腐食電位が高い条件で応力拡大係数が10から30MPam$$^{1/2}$$の範囲では、2dpaまでは中性子照射量が増加するにしたがって、き裂進展速度が増加するが、2から10dpaの範囲ではほぼ同じ値となる。ミクロ組織観察や析出物周辺の局所ひずみ測定などにより、き裂進展速度に及ぼすミクロ組織の影響を調べた。本論文では、き裂進展速度とミクロ組織,照射硬化,照射誘起偏析の関係について議論した。

論文

Development of corrosion-resistant improved Al-doped austenitic stainless steel

近藤 啓悦; 三輪 幸夫*; 大久保 成彰; 加治 芳行; 塚田 隆

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.892 - 895, 2011/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.23(Materials Science, Multidisciplinary)

オーステナイト系ステンレス鋼の照射による耐食性低下の抑制を目的に、0.7wt.%のAl添加したSUS316Lステンレス鋼(以下316L/Al)の開発を行った。作製した合金に対して、照射温度330$$^{circ}$$C, 400$$^{circ}$$C及び550$$^{circ}$$Cで12MeV-Niイオン照射を行い、照射試料に対して電気化学的腐食試験を行った。その結果、高温照射した場合にAl添加による耐食性劣化の抑制効果が顕著となることが明らかとなった。550$$^{circ}$$Cで12dpa照射した場合、SUS316LやSUS316では粒内及び粒界腐食が顕著となっていたが、316L/Alでは粒界腐食は抑制されていた。照射による耐食性劣化は粒界及び粒内における照射誘起偏析/析出に伴うCr濃度の低下によるものであるが、316L/Alでは高温照射によりCr濃度低下領域へのAlの拡散が促進され、耐食性低下を抑制できるだけのAlが濃縮したと考えられた。

論文

Interrelationship between true stress-true strain behavior and deformation microstructure in the plastic deformation of neutron-irradiated or work-hardened austenitic stainless steel

近藤 啓悦; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 山下 真一郎; 西野入 賢治

Journal of ASTM International (Internet), 7(1), p.220 - 237, 2010/01

軽水炉内構造材料であるオーステナイト系ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ機構解明のため、中性子照射したステンレス鋼に特有な変形機構となる転位チャネリングが、材料のマクロな塑性変形挙動に及ぼす影響について詳細な検討を行った。照射したステンレス鋼は延性が低下し加工硬化指数が減少することが報告されている。しかし、中性子照射材の引張試験における真応力-真ひずみ曲線を解析すると、照射によって降伏応力は増加するが加工硬化指数は照射前後で変化することはなかった。同様なマクロ特性の変化は非照射温間加工材においても見られた。一方で、塑性不安定開始直前のミクロ組織を観察した結果、照射材では転位チャンネル構造,非照射材においては転位セル構造であることがわかった。加工硬化は材料中を動く転位同士の切り合いが重要な因子であるが、この異なるミクロ組織であっても転位同士が互いの運動の抵抗になるミクロ変形機構には変化がなかったことが、加工硬化挙動が照射前後で変化しなかった原因であると考えられた。

論文

Influence of microstructure on IASCC growth behavior of neutron irradiated type 304 austenitic stainless steels in simulated BWR condition

加治 芳行; 三輪 幸夫; 柴田 晃; 中野 純一; 塚田 隆; 高倉 賢一*; 仲田 清智*

Proceedings of 14th International Conference on Environmental degradation of Materials in Nuclear Power Systems (CD-ROM), p.1181 - 1191, 2009/08

中性子照射した304ステンレス鋼のき裂進展試験をBWR条件で実施した結果を304L及び316Lステンレス鋼の結果と比較し、以下の結果を得た。(1)き裂進展速度は中性子照射量の増加とともに増加し、1.4dpa以上でKのべき乗則に従っていた。4.3dpa以上では304ステンレス鋼と304L及び316Lの低炭素ステンレス鋼ではK依存性の傾向が異なっていた。(2)304ステンレス鋼のき裂進展速度は、同じ照射量で低炭素ステンレス鋼よりも若干小さく、4dpa以上でも増加傾向を示し、9dpaでは1.0$$times$$10$$^{-9}$$m/sとなっていた。(3)均一伸びの照射量依存性が304及び304Lステンレス鋼と316Lステンレス鋼とで異なっていた。すなわち、チャンネル変形のような局所変形が優位になる照射量が316Lステンレス鋼の方が高い。(4)欠陥集合体の平均径において304ステンレス鋼が低炭素ステンレス鋼より若干大きい傾向があり、0.2%耐力の傾向と対応している。

論文

A New concept sensor for determination of oxygen and hydrogen peroxide concentrations in nuclear reactor coolant

佐藤 智徳; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 内田 俊介

Proceedings of 14th International Conference on Environmental degradation of Materials in Nuclear Power Systems (CD-ROM), p.1041 - 1052, 2009/08

ある純金属材料の表面には、環境により決定されるある特性の半電池反応が発生し、それにより決定される酸化還元電位を示す。逆に、照射下にある複数の純金属電極の酸化還元電位を測定し、比較することにより、照射下にある高温水中の酸素,過酸化水素濃度が同定できることが期待される。そこで、このコンセプトによる、放射線照射下にある高温水中で利用可能な酸素濃度及び過酸化水素濃度センサの開発を進めている。このセンサの基本コンセプトの有効性を確認するために、非照射下条件での、純金属電極の酸化還元電位応答の酸素及び過酸化水素濃度依存性を測定し、電位の計算評価結果と比較した。その結果、酸素及び過酸化水素がそれぞれ単独で存在する場合に濃度の同定が可能であるとの見通しを得た。

論文

低炭素オーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lの粒内・粒界の変形挙動の評価

長島 伸夫*; 早川 正夫*; 塚田 隆; 加治 芳行; 三輪 幸夫*; 安藤 昌視*; 仲田 清智*

圧力技術, 47(4), p.236 - 244, 2009/07

本研究では、冷間加工により予ひずみを与えた低炭素ステンレス鋼SUS316Lの変形挙動を調べるために微小硬さ試験とAFM観察を実施し、以下の結果を得た。同じ塑性ひずみを負荷したにもかかわらず、予ひずみを与えなかったものよりも30%冷間加工材の方がすべり帯の間隔がより狭く、粒界近傍にすべり帯が集中していることがわかった。微小硬さが300以上となる領域が30%以上の冷間加工材の特に粒界において多く見られた。これらのことから粒界における変形の非均一性が低炭素ステンレス鋼のIGSCC進展機構の重要な要因であることが示唆される。

論文

照射の複合作用を考慮した新しい材料損傷評価法の開発

三輪 幸夫; 加治 芳行; 大久保 成彰; 近藤 啓悦; 塚田 隆

日本機械学会M&M2007材料力学カンファレンス講演論文集(CD-ROM), p.236 - 237, 2009/07

次世代炉の炉内構造材は軽水炉より高温で高照射量まで使用されるため、設計段階で材料の劣化挙動を高精度に予測する必要がある。従来の設計では照射脆化等の劣化要因を個別に検討し構造物の寿命を決めてきた。しかし、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)等は複数の劣化要因が複合的に作用し発生する。照射硬化,照射誘起応力緩和等の事象は、異なる照射量依存性を有すため、IASCC等の挙動予測には、照射による材料劣化事象の複合作用を考慮できる損傷評価法が必要である。本論文では、新しい材料損傷評価法の概念を紹介し、イオン照射試験により得られた材料劣化挙動に及ぼす残留応力の影響を評価し、照射温度,照射量及び残留応力依存性の影響をモデル化し、これらモデルの統合によりIASCCの発生挙動を予測するモデルの検討結果を述べる。さらに、そのモデルの統合により炉内構造物のIASCCき裂発生シミュレーションを行うためのプログラミングコードの計算結果の例を紹介する。

論文

New concept of damage evaluation method for core internal materials considering radiation induced stress relaxation, 2; Simulation of material degradation behavior using integrated model

加治 芳行; 三輪 幸夫; 近藤 啓悦; 大久保 成彰; 塚田 隆

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), P. 9359, 2009/05

本論文では、溶接による残留応力の作用下でのき裂部における長時間の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)挙動を照射誘起応力緩和(RISR)を考慮してシミュレーションした結果について述べる。

論文

A New concept sensor to determine water chemistry conditions in high temperature water

佐藤 智徳; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 内田 俊介

材料と環境2009講演集, p.63 - 66, 2009/05

特定の金属の表面では、腐食環境に応じて、特定の半電池反応が生じる。この現象を利用し、複数の金属間の電位差を互いに測定することで、逆に金属の曝されている腐食環境の特徴を評価できると考えられる。本研究では、純金属電極の自然電位に関して、高温水中に含まれる酸素濃度と過酸化水素濃度依存性を取得し、センサの原理を検証した。

報告書

中性子照射下高温水中応力腐食割れ試験用き裂進展・発生試験ユニットの技術検討,1(受託研究)

出雲 寛互; 知見 康弘; 石田 卓也; 川又 一夫; 井上 修一; 井手 広史; 斎藤 隆; 伊勢 英夫; 三輪 幸夫; 宇賀地 弘和; et al.

JAEA-Technology 2009-011, 31 Pages, 2009/04

JAEA-Technology-2009-011.pdf:4.38MB

軽水炉の炉内構造材料の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に対する健全性評価においては、照射後試験(PIE)によるデータの拡充が進められている。しかし、実際の炉内でのIASCCは材料と高温高圧水が同時に照射の影響を受ける現象であるため、照射下試験データとの比較によりPIEで取得されたデータの妥当性を確認する必要がある。照射下き裂進展試験において、低照射量領域の中性子照射の影響を適切に評価するためには、破壊力学的な有効性の観点から、従来より大型の試験片に対応できるき裂進展試験ユニットの開発が必要となる。そこで技術検討を行った結果、従来の単軸方式からテコ式に変更することによって、目標荷重を負荷できる見通しが得られた。また、き裂発生試験ユニットに関しては、リニア可変差動トランス(LVDT)を採用するユニット構造を検討し、今後さらに技術検討を進めるべき項目を抽出した。

論文

Stress corrosion cracking susceptibility of a reduced-activation martensitic steel F82H

三輪 幸夫; 實川 資朗; 塚田 隆

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.703 - 707, 2009/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.95(Materials Science, Multidisciplinary)

低放射化マルテンサイト鋼F82Hの応力腐食割れ感受性を調べるため、さまざまな試験温度条件かつ溶存酸素及び溶存水素を添加した条件で、低ひずみ速度試験を行った。F82H鋼の試験片にもまた、さまざまな温度での熱処理,異なるレベルの冷間加工,応力集中のためのノッチ、及び中性子照射による弾き出し損傷を与えた。中性子照射は220$$^{circ}$$Cで3.4dpaまで行った。試験の結果から、非照射材では粒界型応力腐食割れが焼きならしまま材に生じること、粒内型応力腐食割れが23%以上の冷間加工を与えさらにノッチを与えた試験片で生じることがわかった。また、通常の焼きならし焼き戻し材ではSCCが起こらないことがわかった。中性子照射材では、平滑試験片に粒内型応力腐食割れが水素添加環境中(300$$^{circ}$$C,溶存水素濃度1ppm)で起こることと、粒内型応力腐食割れが酸素添加環境中(300$$^{circ}$$C,溶存酸素濃度10ppm)でノッチ付き試験片のノッチの背面に生じることがわかった。

論文

Effects of residual stress on irradiation hardening in stainless steels

大久保 成彰; 三輪 幸夫; 近藤 啓悦; 加治 芳行

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.290 - 293, 2009/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.73(Materials Science, Multidisciplinary)

高温で重照射を受けるなど厳しい環境でステンレス鋼を長時間使用すると照射誘起応力腐食割れ(IASCC)が生じる懸念がある。これは、水冷却で高い損傷量までの照射を受ける機器で重要である。IASCCはおもに溶接部などで生じると考えられるが、種々の照射効果(照射硬化や照射誘起応力緩和及びスウェリング等)に影響されるために、IASCCの予測は困難である。ここでは、照射硬化に与える残留応力の影響について調べた結果を報告する。オーステナイト鋼に数%の塑性変形を曲げ変形により与え、変形なしの試料と同時にNiイオンを照射した。照射前後の残留応力測定により、照射による応力緩和を評価し、また、微小硬さ測定により照射硬化を評価した。その結果、曲げ変形の有無により、照射硬化に顕著な違いがみられた。曲げ変形した場合、約330$$^{circ}$$C及び400$$^{circ}$$Cと比較的低温の照射において、照射硬化が抑制された。また、熱時効では500$$^{circ}$$C付近の比較的高温でも応力緩和しない一方、イオン照射の場合、照射温度の範囲で顕著な応力緩和が生じた。以上から、照射誘起応力緩和に伴い照射硬化が抑制される場合があることが明らかになった。

論文

In-situ SCC observation of thermally-sensitized and cold-worked type 304 stainless steel irradiated to a neutron fluence of 1$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$

中野 純一; 根本 義之; 三輪 幸夫; 宇佐美 浩二; 塚田 隆; 秀 耕一郎*

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.281 - 285, 2009/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.9(Materials Science, Multidisciplinary)

照射誘起応力腐食割れにおけるき裂発生及び進展過程を酸素添加した561Kの高温水中での低ひずみ速度試験により調べた。同時に試験片表面のその場観察を行った。304ステンレス鋼の試験片に固溶体化,熱鋭敏化及び冷間加工を施し、材料試験炉(JMTR)の323Kの炉水中で1.0$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$1MeV)まで照射した。照射量1.0$$times$$10$$^{26}$$n/m$$^{2}$$の冷間加工材では最大応力到達直後に割れの発生が見られたが、照射量1.0$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$の冷間加工材では最大応力に到達する前に割れの発生が観察された。破面観察では、熱鋭敏化材ではほぼ全面で粒界型応力腐食割れを示し、固溶体化材及び冷間加工材では粒内型応力腐食割れと延性を示すディンプルの混在する破面が認められた。

論文

Application of positron microprobe for nuclear materials

前川 雅樹; 河裾 厚男; 平出 哲也; 三輪 幸夫

Materials Science Forum, 607, p.266 - 268, 2008/11

陽電子マイクロビーム装置を開発した。市販の電子顕微鏡の収束レンズを用い、陽電子ビームを試料上で最小1.9ミクロンのサイズにまで収束することに成功した。また、陽電子の消滅パラメータ(Sパラメータ)の2次元走査にも成功した。本装置を用い、応力腐食割れを起こしたステンレス鋼の亀裂先端部周辺でのSパラメータの空間分布を取得したところ、亀裂先端部よりもさらに離れた場所でSパラメータの上昇が見られた。これは亀裂の進展に先立ち、空孔型欠陥が導入されていることを示している。

論文

Experiments simulating IGSCC under irradiation in BWR

塚田 隆; 加治 芳行; 宇賀地 弘和; 三輪 幸夫; 中野 純一; 佐藤 智徳; 内田 俊介

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

粒界型応力腐食割れ(IGSCC)は、沸騰水型軽水炉(BWR)の構造材料における主要な材料損傷現象であるため、BWR炉内の環境条件におけるIGSCC挙動を調べるための炉内照射下試験,照射後試験等の各種試験が行われている。本論文では、それらの実験手法を特徴により整理し、実験技術上の課題について検討した。さらに、具体的な試験技術として著者らがオーステナイトステンレス鋼を供試材として実施した、材料試験炉(JMTR)における照射下SCCき裂進展試験、及び過酸化水素注入により炉内高温水の放射線分解を模擬した腐食試験について、試験法の概要と課題について述べた。実機の炉内環境を模擬するには多くの技術的制約があるが、各種の実験手法の特徴を組合せることにより、IGSCC挙動の機構論的な理解を進めることができると考えられる。

報告書

SCCき裂先端における変形挙動のマルチスケール解析,3(受託研究)

加治 芳行; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 早川 正夫*; 長島 伸夫*

JAEA-Research 2008-064, 118 Pages, 2008/08

JAEA-Research-2008-064.pdf:26.9MB

本報告書は、IGSCCプロジェクトにおいて得られるSCCき裂進展特性の妥当性をSCCメカニズムの観点から評価するために、CT試験片き裂先端の変形解析や組織観察をナノレベルまで踏み込んで詳細に調べ、ナノ,メゾ,マクロ領域での硬さを統一強度指標として採用し、必要な基礎データ(主として、マクロな塑性域の大きさとその中での粒内・粒界における結晶方位,歪み,転位等の組織データ)を取得することを目的として実施したSCCき裂先端における変形挙動のマルチスケール解析に関する研究結果をまとめたものである。本年度は、IGSCCプロジェクト試験片のき裂先端部の変形挙動をナノレベルの解析が可能な先端的測定装置を駆使して明らかにした。

報告書

重照射された原子炉材料のための遠隔操作型結晶方位解析装置の整備

加藤 佳明; 三輪 幸夫; 高田 文樹; 近江 正男; 中川 哲也

JAEA-Testing 2008-005, 48 Pages, 2008/06

JAEA-Testing-2008-005.pdf:13.36MB

本報告は、JMTRホットラボ施設に設置した照射後原子炉材料のための結晶方位解析装置に関するものである。同装置は、原子炉材料の照射後試験設備の1つとして世界で初めてホットセル内に設置され、IASCC(照射誘起応力腐食割れ),IGSCC(粒界型応力腐食割れ)の研究に貢献している。その整備と運転経験についてまとめた。

論文

Development and application of positron microprobe

前川 雅樹; 河裾 厚男; 平出 哲也; 三輪 幸夫

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(2), p.287 - 290, 2008/06

当グループでは、陽電子ビームマイクロビームの開発とその利用研究を行っている。陽電子マイクロビームは、新たに開発した小型陽電子線源と固体ネオン減速材により発生させた高輝度陽電子ビームを、電子レンズを用いて収束することで形成した。最小ビーム径は3.9$$mu$$mであることが確認された。この陽電子マイクロビームを、応力腐食割れを起こしたステンレス材上を2次元走査した。その結果、亀裂部先端において、亀裂発生に先駆けてSパラメータが上昇することが見いだされた。これは空孔型欠陥が導入されていることを示していると考えられる。

報告書

IASCC照射試験にかかわるキャプセルの製作,3; 腐食電位計測用キャプセル(共同研究)

井手 広史; 出雲 寛互; 石田 卓也; 斎藤 隆; 塙 悟史; 松井 義典; 岩松 重美; 金澤 賢治; 三輪 幸夫; 加治 芳行; et al.

JAEA-Technology 2008-013, 32 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-013.pdf:17.96MB

軽水炉の炉内構造物材料の応力腐食割れ挙動の評価指標としては、従来用いられてきた溶存酸素濃度や塩素イオン濃度に加え、腐食電位を用いて整理することが一般的に行われるようになってきた。このため、IASCC照射試験の一環として、酸化鉄型及び白金型の腐食電位センサーを用いて、BWR冷却水の条件下で照射試験を行った。この結果、腐食電位センサーによる一部の計測は成功したものの、センサーの改良等が必要であることが明らかとなった。本報では、これらの試験で使用した腐食電位計測用キャプセルの開発についてまとめたものである。

論文

Two-dimensional stress corrosion cracking model for reactor structural materials

五十嵐 誉廣; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 2(4), p.1188 - 1196, 2008/00

粒界型応力腐食割れ(IGSCC)の分岐き裂を再現するための2次元IGSCCモデルの開発を行った。本モデルでは、IGSCCの進展傾向に重要な影響を与えると考えられる、粒界腐食,粒界に作用するせん断応力の影響、そして粒界強度の因子を考慮してIGSCCを進展させる。本モデルを用いて、幾つかの荷重条件,せん断応力条件におけるき裂進展シミュレーションを行った。結果、き裂分岐の原因は粒界に作用するせん断応力の影響であること、そしてIGSCCに特異的に見られる、荷重方向に対し斜め方向へのき裂進展の原因は、せん断応力と粒界腐食の相乗的影響であることがわかった。

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